JPS6293518A - 動圧型流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高精度、低騒音、低震動を必要とする回転機
器の軸受として使用されている、非接触型軸受である動
圧型流体軸受装置に関するものである。

従来の技術 音響映像機器および各種事務機器の高性能化に伴い、そ
の回転部を支持する軸受についても特性の多様化と高性
能化が要求されつつある。そのため、従来の玉軸受や含
油軸受では性能的に十分対応できない場合がある。軸と
軸受の面の相対的な移動により流体がその粘性でひきず
られて圧力を生じ流体膜を形成する動圧型流体軸受のう
ち、軸あるいは軸受の表面に多数の溝を設けた動圧グル
ープ軸受が近年注目を集めている。

以下図面を参照しながら、上述した従来の動圧型流体軸
受装置の一例について説明する。

第２図は従来の動圧型流体軸受装置の断面図である。第
２図において、１は回転軸で、その外周面の一部に線対
称な一対のヘリングボーン（Ｈｅｒｒｉｎｇｂｏｎｅ）
状からなる非常に浅い溝２　ａ　。

２ｂを備えている。３はヘリングボーン状溝２ａ。

２ｂに対向して位置するメタル軸受であり、４はハウジ
ングである。メタル軸受３の内面は回転軸１との間に微
小な軸受すきま５ａ、５ｂ、５ｃを形成しており、その
軸受ずきまには潤滑流体が満たされている。

以上のように構成された動圧型流体軸受装置について、
以下その動作について説明する。

回転軸１が回転するとヘリングボーン状溝２ａ。

２ｂのポンプ作用により微少な軸受すきま５ａ。

５ｂ、５ｃに満たされている潤滑流体に高い圧力が発生
する。回転軸１が矢印Ａの方向に回転すると、ヘリング
ボーン状溝２ａのポンプ作用により軸受すきま５ａに位
置する潤滑流体は軸受すきま５ｃの方向へ押しやられ、
溝２ｂの作用により軸受すきま５ｂに位置する潤滑流体
も軸受すきま５ｃの方向へ押しやられる。その結果、軸
受ずきまの中央部５Ｃにおいて潤滑流体は高い圧力を発
生し、回転中の回転軸１は、メタル軸受３の中心部にお
いてラジアル方向に支持される。（例えば、特開昭５９
−１８８３５０号公報〉 発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、潤滑流体に潤滑油
を用いる場合、軸受すきま５ａ、５ｂ。

５ｃｌ：：ｉＭたされている潤滑油が回転軸１やメタル
軸受３をっなって軸受外部へ流出したり飛散したりする
可能性が大きいという第１の問題点を有していた。回転
軸１が回転中の時は、前述のように軸受すきま５ａおよ
び５ｂに位置する潤滑油が軸受すきま５ｃの方向に押さ
れるという動圧グル、−ブ軸受の自己シール機能のため
、潤滑油は軸受すきまに保持される。しかし、回転軸１
が静止している場合、回転軸１の姿勢が水平方向であっ
たり垂直方向でも油溜め構造になっておらず下向きに使
用したりすると、潤滑油は表面張力により位置を保持す
ることが難しくなり流出しやすくなる。

また軸受装置の運搬中に外部から衝撃が加わった場合、
潤滑油の飛散の可能性がある。

この潤滑油飛散による油漏れを解消するために、潤滑油
の代わりにグリースを用いる場合や空気潤滑にする場合
がある。しかし、グリース潤滑はトルクが大きな馬力の
大きいモータに使用が限定され、一方、空気潤滑は空気
の粘度が小さいため負荷容量が小さな軸受用潤滑に限定
されるという欠点がある。

従来の構成における第２の問題点は、回転軸１とメタル
軸受３の間の軸受すきま５ａ〜５ｃが流体軸受機能を果
たすために一般のすべり軸受の軸受ずきまに比べて太き
（、回転軸１が静止している時に中心固定ができないこ
と、また起動時など低速回転中は動圧流体軸受が十分に
機能を果たさないために回転軸１の軸振れが起きること
である。

特に空気潤滑の動圧流体軸受においては、静止時には回
転軸１とメタル軸受３は必ず接触しており、起動時、流
体軸受機能が働く回転速度に達するまで金属接触が続（
。金属接触が起こると接触部は高熱を発生し焼付きに致
る。

上記２つの問題点に対し、下記の対策が提案されている
。

第１の問題点である潤滑油漏れの対策としては、（１）
　　回転軸に含油多孔質部材を使う。（例えば、特開昭
５８−４７２１９号公報） （２）予備の潤滑流体保持部を設ける。（例えば、特開
昭５８−５０３１９号公報） （３）撥油性剤を軸受周辺に塗布する。（例えば、特開
昭５８−５０３２１号公報） （４）　　磁性流体を潤滑流体として用いる。（例えば
、特開昭５８−１３７６１７号公報） などが考えられている。

第３図、第４図、第５図は、従来の動圧型流体軸受装置
を示す断面図である。

第３図において、回転軸３１が回転すると、回転軸３１
の外周部に固着されている含油多孔質部材３２に含浸さ
れている潤滑油が、遠心力によってラジアル軸受面３３
にしみ出してその空隙を満たし、さらにヘリングボーン
溝３４の働き（こより動圧が発生して回転軸３１が浮上
した状態でラジアル荷重が支承される。しかしながら、
起動時には回転速度が上昇するにつれ含油多孔質部材３
２より徐々に潤滑ｎＩ）がしみ出てくるが、停止時、ラ
ジアル軸受面３３の空隙を満たしている潤滑油が含油多
孔質部材３２に吸い込まれるのには一定の時間が必要で
あり、その間に潤滑油が流出する可能性がある。

第４図において、油１１！４５．４６及び４７に近接し
た部材の表面には、フッ素系の樹脂を基材とした撥油性
を有する材料もしくは撥油性剤４８゜４９．５０及び５
１が円周状に塗布されていて、前記油膜のオイルが滲出
するのを防止している。

油膜４５．４６もしくは４７のオイルが蒸発などによっ
て減少した場合は、小溝４１．４２．４３及び４４の寸
法よりも油膜４５．４６及び４７の部分のすきまの方が
小さいため、毛細管現象によってこれらの小溝中のオイ
ルが油膜に自動的に補給されるしくみとなっている。し
かしながら、流体軸受をあらゆる姿勢で使用することを
考えると、撥油性剤でオイルの滲出を完全に防止するこ
とは難しい。

第５図において、６１は回転軸、６２は永久磁石、６３
ａ、６３ｂは円板上のポールピースで、軸貫通穴６４．
６５を有し回転軸表面と間隙６６゜６７を形成し、この
部分の集中磁束で磁性流体６８を封じ込めている。６９
は軸６１に固１着され一体に回転する軸部材で、表面に
ヘリングボーン状の動圧発生用溝６９ａを刻設しである
。７０は磁石６２の内面に固着した円筒状の非磁性セン
ターメンバーで、その内面は軸部材６９の面との間に磁
性流体６８を満たした僅かな間隙を形成する。

７１ａ、７１ｂは軸部材６つに固着したツバ状のスラス
ト受である。いま矢印Ｂの方向に軸６１と軸部材６つを
一体回転させると、潤滑剤である磁性流体６８が動圧発
生用溝６９ａの作用で軸部材の中心平面部６９ｂに向は
追い出されてその部分の流体圧は高まる一方で、間隙６
６．６７付近の流体圧を低下させる。したがって間隙６
６．６７部における集中磁束による拘束力と相まって、
磁性流体６８の軸受外への漏れを防止できるようになっ
ている。

以上のように磁性流体を潤滑流体として用いる方法は、
潤滑油漏れの従来の対策の中では最も信頼性が高いと評
価されるが、軸受装置に永久磁石および磁性流体を必要
とするため、コスト高、組立ての複雑性などの欠点を有
している。

次に、第２の問題点である静止時および低速時における
回転軸の軸振れの対策としては、（１）静止時および低
速回転時にはころがり軸受によって回転軸を支承する。

（例えば、特公昭５４−２４０４６号公報） （２）静止時および低速回転時には焼結オイレスメタル
等の低摩擦部材によって回転軸を支承する。

（例えば、特開昭５２−１５１４４２号公報）などが提
案されている。

ここで対策（１）および（２）は空気潤滑の動圧流体軸
受について説明されており、潤滑油を主とする液体潤滑
の動圧流体軸受に関しては説明されていない。

本発明は以上述べてきた問題点に鑑み、潤滑油が外部へ
流出したり飛散したすせず常に軸受部に保持され、かつ
静止時および低速回転時においても回転軸がラジアル方
向に支持され金属接触や軸振れのない動圧型流体軸受装
置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の動圧型流体軸受装
置は、外周面の一部に動圧発生用のベリングボーン状溝
をもつ回転軸と、ヘリングボーン状溝と対向して軸受す
きまを形成するメタル軸受と、メタル軸受を回転軸方向
にはさんでその両側に位置する中空繊維状の連通管組織
と、メタル軸受と連通管組織の両方に隣接する保油部材
と、ヘリングボーン状溝の両端部に対向して位置する２
個の自己潤滑性軸受とを備えたものである。

作用 本発明は上記した構成によって、回転時に軸受ずきまに
満たされている潤滑油が、停止時に軸受すきまの外部に
流れ出てきても、すみやかに中空繊維状の連通管を通っ
て保油部材に回収さｉするため油漏れが起きない。また
、動圧流体軸受に自己潤滑性軸受を併用することにより
、起動時、停止時および低速のため流体軸受が十分に機
能しない時に、回転軸を金属接触なく軸振れなく支持す
ることができる。

実施例 以下本発明の一実施例の動圧型流体軸受装置について、
図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の実施例における動圧型流体軸受装置の
断面図を示す。第１図において、１は回転軸、２は回転
軸１の外周面の一部に設けられた線対称な一２ｔのヘリ
ングボーン状からなる非常に浅い溝である。；３はヘリ
ングボーン状溝２に対向して位置するメタル軸受であり
、ハウジング４に固着されている。メタル軸受３の内面
は回転軸１との間に微小な軸受すきま５を形成しており
、その軸受ずきまには潤滑流体が満たされている。

６ａ、６ｂはメタル軸受３を回転軸１の方向にはさんで
その両側に位置する中空繊維状の連通管組織てあり、７
ａ、７ｂ各々はメタル軸受３と連通管組織６ａ、６ｂの
両方にＶ４接する保油部材である。８ａ、８ｂは各々そ
の中央部かヘリングボーン状溝２の両端部に位置するよ
うに、連通管組織６ａ、６ｂに隣接して設けられた自己
潤滑性軸受で、その内周面９ａ、９ｂは回転軸１の対向
する外周面１０ａ、１０ｂとの間に極めて微小な軸受す
きまｌｌａ、ｌｌｂを形成する。

上記構成において、自己潤滑性軸受８ａ、８ｂの軸受ず
き：Ｊ：ｌ　１　ａ、ｌｌｂの半径クリアランス値をδ
とし、メタル軸受３の軸受すきま５の半径クリアランス
１直をｄとすると、δはｄ（二上りべて（屯めで小さな
値に設定する。また、メタ／ｌ軸受３の軸受長さをＬと
し、自己潤滑性軸受８ａ、８ｂの軸受長さを９とする。

以上のように構成された動圧型流体軸受装置について、
以下第１図を用いてその動作を説明する。

回転軸１か矢印Ａの方向に回転すると、ヘリングボーン
状溝２のポンプ作用により軸受すきま５に満たされてい
る潤滑油は高い圧力を発生し、回転軸１はメタル軸受３
の中心部においてラシっ′ル方向に支持される。この時
、潤滑油は、前述のように軸受すきま５の中央部へ押し
やられるという自己シール機能のため、軸受すきま５の
外部へ漏れない。さらに、軸受すきま５より飛び出した
潤滑油が軸受部の外部へ流出しようとしても、自己潤滑
性軸受８ａ、８ｂの軸受すきまｌｌａ、ｌｌｂが極めて
微小であり、かつ自己潤滑性軸受８ａ１８ｂの中央部に
対向する位置までヘリングボーン状溝２が設けられてい
るため、軸受すきま１１ａ。

１１ｂにおいて流れ出ようとする潤滑油は押し戻される
。この自己潤滑性軸受８ａ、８ｂには、含油ポリアセタ
ール樹脂やフェノール制能に代表されるプラスチック系
自己潤滑性軸受や、黒鉛や二硫化モリブデンなどを使っ
た固体潤滑剤軸受が適している。特に、充填剤入りＰＴ
ＦＥ　（ポリテトラフルオルエヂレン）系軸受を用いた
場合、ＰＴＦＥを主とするフッ素樹脂は油との親和性が
小さく撥油効果を有するため、油漏れの防止としてさら
に信頼性が高い。また、自己潤滑性軸受の内周面９ａ、
９ｂと、対向する回転軸の外周面１０ａ。

１０ｂにフッ素系の樹脂を基材とした撥油性剤を塗４１
ずれば、上ＸｔＬ　Ｐ　Ｔ　Ｆ　Ｅ系軸受を用いた場合
と同（γの効果が期待できる。

次に回転軸１が停止すると、軸受すきま５に満たされて
いた潤Ｍｔ曲は表面張力によって位置を保持することが
難しくなり、回転軸ｌをったって軸受すきま５の外部−
＼流出してくる。しかし、流出した油は中空繊維状の連
通管組織６ａ、６ｂに接するとすみやかに吸収され保油
部剤７ａ、７ｂｉ’：回収される。中空繊維状の連通管
組織５ａ、（３ｂとは、樹脂なとをその材料とし、極め
て細い穴が貫通している細長い管状のものの集合体であ
り、透析器や焼結フィルターと同様に一定の大きさ以上
の固体物は通過できないが液体は自由に通過できる構造
となっている。保油部剤７ａ、７ｂは、パーマウィック
やフェルトのような油を含みやすく保持しやすい材料を
用いる。

また、回転軸１の姿勢によっては停止時急速に一方向に
潤滑油が流出しないか、又は、外部から衝撃が加わると
、潤滑油が多量に飛散しないか等の突発事態にも問題が
ない構造となっている。

それは、自己潤滑性軸受の軸受ずきま１１ａ。

１１ｂが微小な間隙であるため外部へ流出するためには
一定の時間を必要とし、その間にすみやかにｉ！Ｉ！通
管組織６ａ、６ｂに吸い込まれるしくみのためである。

前述のように自己潤滑１１軸受８ａ。

８ｂにＰＴＦＥ系軸受全軸受たり、自己潤滑性軸受の内
周面９ａ、９ｂや回転軸の外周面１０ａ。

１０ｂに撥油処理を施すと、油はますます軸受すきまｌ
ｌａ、ｌｌｂを通過できな（なり、回転時と同様に静止
時においても効果的である。油が軸受すきまｌｌａ、ｌ
ｌｂを通過する限界値は撥油性の面からと、自己潤滑性
軸受８ａ、８ｂの半径クリアランス値δと軸受長さ２の
値から決まる。

このため、回転速度や使用油の粘度などの使用条件によ
り最適なδとｅを決めることが望ましい。

同様に動圧流体軸受が作動するための、油膜の油量は、
メタル軸受３の半径クリアランス値ｄと軸受長さしより
決まる。連通管組織６ａ、６ｂおよび保油部材７ａ、７
ｂに含まれる油量と油膜とのバランスをとるため、設計
時に考慮することが必要である。自己潤滑性軸受８ａ、
８ｂを設けることにより、油漏れの防止と静止時におけ
る回転軸１のラジアル方向の支持が可能になる。前述の
ように、自己潤滑性軸受８ａ、８ｂの半径クリアランス
値δはメタル軸受３の半径クリアランス値ｄに比べて極
めて小さいため、起動時および停止時において回転軸１
とメタル軸受３が金属接触することなく自己潤滑性軸受
により支［、テされろ。モして動圧流体軸受が１分に機
能を果たゼる回転速度に達すると、動圧流体軸受構成に
より回転軸１は支持される。

発明の効果 以上のように本発明は、外周面の一部（こ動圧発生用の
ヘリングボーン状溝をもつ回転軸と、ヘリングボーン状
溝と対向して軸受ずきまを形成するメタル軸受と、メタ
ル軸受を回転軸方向にはさんでその両側に位置する中空
繊維状の連通管♀ｆｌａｔと、連通管組織に隣接する保
油部材と、ヘリングボーン状溝の両端部に対向して位置
する２個の自己潤滑性軸受とを設けることにより、潤滑
油の１４部への流出と飛散を防止し常に軸受部に保持し
、かつ静止時および低速回転時においても回転軸がラジ
アル方向に支持され金属接触や軸振れのない、動圧型流
体軸受装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における動圧型流体軸受装置の
断面図、第２図は従来の動圧型流体軸受装置の断面図、
第３図、第４図、第５図は他の従来の動圧型流体軸受装
置の断面図である。 ｌ・・・・・・回転軸、２・・・・・・ヘリングボーン
状溝、３・・・・・・メタル軸受、６ａ、６ｂ・・・・
・・中空繊維状の連通管組織、７ａ、７ｂ・・・・・・
保油部材、８ａ、８ｂ・・・・・・自己潤滑性軸受。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名１１１　、
　・回転軸 ２　　　ヘワン７′ホパ−ン１尤専 ３　　　　　〕　　７　ル　Ａ￥ヨ丈 ６ａ、６ｂ　　　中窒穫Ｊ飢状」も孔営九Ｕ晩７ａ、７
ｂ　　　＆　励　抄う　は ８ａ、８ｂ　　　自己端５寸とホ七愛 、　　／１　　ｉｓ ＴＯａ　　＋１６１３　　　５　　　　　Ｊｉｂ　　Ｉ
Ｃ１ｂ第２図 ４　　　５．；Ｌ　　　　５ｂ　　　５ｃ第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外周面の一部に動圧発生用のヘリングボーン状溝をもつ
   回転軸と、前記ヘリングボーン状溝と対向して軸受すき
   まを形成するメタル軸受と、前記メタル軸受を回転軸方
   向にはさんでその両側に位置する中空繊維状の連通管組
   織と、前記メタル軸受と前記連通管組織の両方に隣接す
   る保油部材と、前記ヘリングボーン状溝の両端部に対向
   して位置する２個の自己潤滑性軸受とを備えた動圧型流
   体軸受装置。